装配尺寸链2.ppt

4.4 装配尺寸链 零件的精度机器质量的主要影响因素 本节内容： 1、装配精度：概念、装配精度和零件精 度的关系、几何体现装配尺寸链 2、装配尺寸链的建立 3、装配尺寸链的查找 3、装配尺寸链的计算 影响：机器的工作性能和工作寿命 装配精度：产品设计的重要环节、产品制造的难易 程度和经济程度 1、内容 （1）配合精度和接触精度 配合精度：配合面间达到规定的间隙或过盈的要求 ；如轴孔配合由GB规定 接触精度：配合表面、接触表面和连接表面达到规 定的接触面积大小与接触点分布的情况接触刚 度、配合质量 一、装配精度 尺寸精度：零部件间的距离精度 位置精度：平行、垂直、同轴度、各种跳动 床头和尾架 的等高度 主轴轴向跳动和轴 肩支承面跳动 主轴径向跳动 （2）尺寸精度和位置精度 相对运动的零部件间在运动方向和运动位置上的精度 方向：相对运动时的直线度、平行度、垂直度 位置：传动精度 床鞍移动在水平面 内的直线度 小刀架移动对主轴 的垂直度 相互关系：配合精度和接触精度是距离、位置精 度的基础；位置精度是相对运动精度的基础 （3）相对运动精度 零件精度特别是关键零件的精度直接影响装配精度 溜板 尾座 2、装配精度和零件精度的关系 （1）单件自保 要保证尾座和溜板相 对运动时的平行度， 只要床身上的A、B导 轨的平行度满足要求 即可由一个零件 的加工精度保证某项 装配精度。 （2）多件联保 保证前后两顶尖的等高性： 两顶尖距离由床身、床头箱、尾架、垫板中的 尺寸共同决定。 大多数情况 装配时零件误差的累积会影响产品的装配精度 ：合理规定零件加工精度，使其累积不超过装配精 度的规定范围。但零件的加工精度受到工艺条件、 经济性的限制，不能简单按装配精度要求进行加工 ，需要在装配时采用一定的工艺措施（如调整、修 配），来保证装配精度。 产品的装配方法需根据产品的性能要求、生产 类型和生产条件确定。不同的装配方法中，装配精 度和零件精度有不同的相互关系。 使用尺寸链理论可以确定零件精度和装配精度之 间的定量关系。 二、装配尺寸链的建立 1、基本概念 装配尺寸链：在机器或部件的装配关系中，由相 关零件的尺寸或相互位置关系组成的尺寸链，称 为装配尺寸链。 封闭环：最后或间接形成的尺寸或位置关系 （装配所需保证的装配精度或技术要求） 组成环：零件尺寸 装配尺寸链示例 A1 A2 A0 装配尺寸链分类 四类 （1）直线：长度、形位、配合 （2）角度：角度、平行度、垂直度 （3）平面：成角度关系布置的长度尺寸构成， 各环处于同一或彼此平行的平面内 （4）空间尺寸链 角度尺寸链 卧式车床小刀架移动对主 轴轴线的垂直度：工件直 径为200时，端面只允许 凹0.015. 200 0.015 主轴回转轴线与导 轨的平行度 小刀架导轨与床 身导轨的垂直度 封闭环 平面尺寸链 车床溜板箱装在溜板下面：保证溜板箱齿轮O2和溜 板横进给齿轮O1间的啮合间隙。 组成环：X1、X2、Y1、Y2、两齿轮的分圆半径r1、r2 封闭环：P0 三、装配尺寸链查找 1、查找：与工艺尺寸链的尺寸跟踪法类似 从封闭环开始，以两端为起点，交汇 装配尺寸链查找应注意的问题 （1）进行必要的简化： 在保证装配精 度的情况下， 忽略影响小的 因素。 偏心和直线度 对于精密装配 ，需要考虑。 （2）“一件一环”：装配尺寸链的最短路线( 环数最少)原则 组成环数相关零、部件数 每个相关的零部件只应有一个尺寸作 为组成环列入装配尺寸链。 组成环少，组成环分配的公差大 装配尺寸链查找应注意的问题（续） 一件一环示例 （3）多方向性：如果在不 同位置方向都有装配精度 要求，在不同方向建立装 配尺寸链 蜗杆副传动结构：同时 保证B0、C0、A0 需在三个方向建立装配 尺寸链 装配尺寸链查找应注意的问题（续） 四、装配尺寸链解算 装配方法与装配尺寸链的解算方法密切相关，装配 方法不同，尺寸链的计算方法也不同。 两种：正计算、反计算 各零部件的基本尺寸及其偏差 正计算 反计算 装配精度：尺寸、基本偏差 4.5 保证装配精度的方法（解 装配尺寸链） 常用的达到装配精度的装配方法： 互换法、分组装配法（选择法）、修 配法、调整法 本节内容： 掌握互换法、选择法、修配法与调整 装配法 不同装配方法中装配尺寸链的解算 一、互换装配法 在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精 度要求的装配方法。 实质:用控制零件加工误差来保证装配精度。 类型：根据零件的互换程度不同，互换法又 可分为完全互换法和不完全互换法（部分互 换法、大数互换法） （一）完全互换装配法 定义：装配时各组成环不需挑选或改变其大小位 置，装配后即能达到封闭环的公差要求（装配精 度）。 计算方法：极值法，与工艺尺寸链相同 封闭环的极值公差不大于其规定的公差 反计算：各组成环公差的确定等公差法、等精度法 组成环公差的调整原则： 1）组成环为标准件尺寸(如轴承或弹性挡圈厚度)时 ，其公差值在相应标准中有规定，按规定执行； 2）组成环是几个尺寸链的公共环时，其公差值由其 中要求最严的尺寸链先行确定，对其余尺寸链为确定 值； 3）尺寸相近、加工方法相同的组成环，其公差值相 等 4）难加工或难测量的组成环，其公差可取较大数值 ；反之，取较小数值。 极限偏差确定：“入体原则”： 1）外尺寸（如轴）基轴制； 2）内尺寸（如孔）基孔制； 3）中心距极限偏差对称分布。 协调环：在确定极限偏差时，选定一个组成环，其公 差与分布最后确定，以便与其他组成环协调满足装配 精度要求。 协调环的选取原则： 1）不能选取标准件或公共环作为协调环； 2）可选取易加工的零件为协调环，其公差从严，而 将难加工零件公差从宽； 3）可选取难加工的零件为协调环，公差从宽，而将 易加工零件公差从严。 应用场合：大批量生产、装配质量稳定可靠 调整法 完全互换装配法实例 例：车床主轴部件的 局部装配图，要求装 配后保证轴向间隙 A00.10.35mm。已 知各组成环的基本尺 寸为：A1=43mm， A2=5mm，A3=30mm， A5=5mm，A4为标准件的 尺寸，试按极值法求 出各组成环的公差及 上、下偏差。 完全互换装配法实例 解： （1）建立装配尺寸 链，其中， 增环：A1 减环：A2，A3，A4， A5 （2）确定各组成环的公 差，组成环的平均极限 公差（等公差值法）为 ： 根据实际情况确定 ：T(A1)= T(A3) =0.06mm， T(A2)= T(A5) 0.045mm， A4为标准件，即 T(A4)0.04mm。 以A3作为协调环，其 它各组成环按入体原 则标注上、下偏差， 即： A1(+ ) 430.060 A2(- ) -50.045 0 A4(- ) -30.040 A5(- ) -50.045 0 A3(- ) -30 0.160.1 N00.350.1 （二）大数互换装配法 定义：装配时各组成环不需挑选或改变其大小位 置，装配后即能达到装配精度要求，但少数产品 有出现废品的可能。 计算方法：统计公差法 正态分布：正态分布时相对分布系数 反计算：“等公差法”各组成环的平均统计公 差 m：组成环个数 非正态分布：计算公式需要修正 （二）大数互换装配法(续) 特点：零件所规定的公差比完全互换法规定的 公差大，有利于零件的经济加工。但在装配时 ，应采取适当工艺措施，以便排除个别产品因 超出公差而出现废品的可能性。 只要放大组成环的公差所得到的经济效益 超过为避免超差所采用的工艺措施的代价，就 可以采用大数互换装配法。 适用场合：大批量生产或生产节拍要求不是很 严的成批生产、组成环数较多、装配精度要求 较高 前例 ：采用用不完全互换法确定各组成环的公差 及其上、下偏差。 解：装配尺寸链与前相同 组成环的平均公差Tav为 以Tav作参考，根据实际情况确定T(A1)= 0.15mm ， T(A2)= T(A5) 0.10mm，A4为标准件，即T(A4) 0.04mm。选A3为协调环，其公差T（A3）可从下式算 出。 确定各组成环的上、下偏差。除协调环A3以外，其 它组成环均按入体原则标注，即： 计算协调环A3的上、下偏差： 根据公式计算协调环的中间偏差3 0.2250.075（0.05+30.020.05） 30.03mm 二、分组装配法（选择装配法） 将尺寸链中组成环公差放大到经济可行的程度 ，然后选择合适的零件进行装配。 适用场合：装配精度要求较高而组成环数又较 少的成批或大批量生产 形式：直接选配法、分组装配法、复合选配法 复合选配法:在组内选择装配,分组装配法的补偿 (一) 直接装配法 将相关零件的公差放大：从许多待装配的 零件中，直接选择合适的零件进行装配 依赖工人技术水平，装配时间不易把握， 不能用于大批量生产，产生剩余零件。 (二) 分组装配法分组互换法 完全互换法和大数互换法中： 在封闭环精度要求较高时，组成环公差很小，加工 困难。 定义：可将组成环公差增大至若干倍（一般为2 倍），使组成环零件可以按经济精度进行加工， 然后再将各组成环按实际尺寸大小分为若干组，各 对应组进行装配，同组零件具有互换性，并保证全 部装配对象达到规定的装配精度，这就是分组法。 实质：是零件按经济精度制造，公差适当放大，零 件加工容易，按实际尺寸测量分组，对应组完全互 换装配，达到装配精度要求。 + 0.1 +0.1 Xmax=0.2 轴 装配精度为0.2 孔 0.05 +0.05 分组装配精度为0.1 例：分组提高装配精度 + 0.1+0.1 +0.1 Xmax=0.2 Xmin=0 +0.2 轴 孔 轴、孔的制造公差为0.1轴、孔的制造公差为0.2 同方向放 大1倍 分组装配精度为0.2 适用场合：大批量生产，组成环数少而装配精度要 求高的偶件（合件）。 如滚动轴承、活塞环、连杆与衬套、活塞与活塞销 增加了测量分组和配套工作 例：汽车发动机活塞、活塞销 和连杆组装：活塞销与活塞销 孔为过盈配合，活塞销与连杆 小头孔为过盈配合。 根据装配技术要求，活塞销孔 直径D与活塞销直径d在冷态装 配时，应有0.00250.0075mm 的过盈量，即 Ymin=Dmax-dmin=-0.0025mm Ymax=Dmin-dmax=-0.0075mm T0=Ymin-Ymax= 0.005mm(=Th+Ts) 1活塞 2连杆 3活塞销 4卡簧 完全互换法装配: 销与销孔的平均极值 公差仅为0.0025mm， 设活塞销直径为 ，销孔直径为 . 加工十分困难。 分组装配法：将公差按同方向放大3倍（增大至4倍） ，放大后的d和D为：d= ，D= mm。可采用 高效率的无心磨和金刚镗分别加工活塞销外圆和活塞 销孔，然后用精密量仪进行测量，并按尺寸大小分成 四组，涂上不同颜色进行分组装配。 -0.015 -0.0125 -0.01 -0.0075 -0.005 -0.01 -0.0075 -0.005 -0.0025 0 0 分组装配法应满足条件 采用分组装配法的关键，是保证分组后各对应组配 合性质合配合公差满足设计要求，分组法应满足： 1)配合件的公差值应相等，公差向同方向增大，增 大的倍数应等于分组数； 2）由于装配精度取决于分组公差，故配合件的表 面粗糙度和形状公差均需与分组公差相适应。表面 粗糙度和形状公差一般应小于分组公差的50。因 为零件表面粗糙度和形状公差的限制，分组数不能 任意增加。 3）为保证对应组内相配件的数量配套，相配件的 尺寸分布应相同，否则会产生剩余零件，这时应专 门生产与剩余件相配套的零件。 分组装配法应满足条件（续） 三、修配法 (一）基本概念 互换法：要求组成环的公差很严。 分组法：适用于环数少、为生产组织带来困难。 修配法：将各组成环公差放大（相对于互换法） ，使其能经济地制造，装配时去除补偿环（预先 选定的某一组成环）的部分材料，以改变其尺寸 ，使封闭环达到规定的公差与极限偏差。 适用场合: （1）封闭环公差要求较严，组成环较多。 （2）封闭环公差要求较严，组成环很少（ 单件小批生产）。 补偿环（修配环）：用来补偿其他各组 成环由于公差放大所产生的累积误差。 两件之间不能互换，采用极值法计算 补偿环。 (二）选择补偿环和确定其尺寸及极限偏差 修配法的关键 1、选择修配环：满足要求 1）便于装拆，易于修配：形状简单，修配面较小； 2）尽量不选公共组成环。 2、尺寸及极限偏差确定 原则：在保证装配精度的前提下，保证修配时的修配量 足够且最小。 根据修配时修配环对封闭环影响的不同，应采用不同的 计算方法。 修配时修配环对封闭环影响 1、 “越修越大”：越修配补偿环，封闭环尺寸越 大。 A1 A2A3 A4 AK A0 修垫圈尺寸Ak， Ak为减环（被包容尺寸、 外尺寸） D d A0 修孔D,增环（包容尺寸、 内尺寸） 修轴d,减环（被包容尺寸） 2 、“越修越小”：越修配补偿环，封闭环尺寸越小 。 修垫板尺寸A2，Ak为增环（被包容尺寸）， “越修越小” 注：增、减环与 “越修越小” 、“越修越大”是不 同的。 修配时修配环对封闭环影响（续） 将组成环公差放大后，封闭环规定公差带 与实际公差带的关系如下图示： T0 规定公差带 实际公差带 该图是修配法中计算补偿环修配量的图解依据 补偿环修配后应保证装配精度T0 0 “越修越大”：补偿环的修配量计算 T0 “越修越大”意味着：越修 配补偿环，实际公差带上移 装配精度的尺寸位于T0之上 的部分无法通过修配环的修 配来满足装配精度的要求。 所以装配后应满足： 这种情况下，修配量F 最小修配量： 最大修配量： F “越修越大”：补偿环的极限尺寸计算 封闭环极限尺寸和 增环(P)、减环(q) 极限尺寸的关系: 设已知除修配环外其他组成环的极限尺寸和修配环 公差Tx。如果：修配环为增环 如果：修配环为减环 可得到修配环的极限尺寸。 “越修越小”：补偿环的修配量计算 T0 “越修越小”意味着：越 修配补偿环，实际公差带 下移 装配精度的尺寸位于T0之下 的部分无法通过修配环的 修配来满足装配精度的要 求。所以装配后应满足： 这种情况下，修配量F 最小修配量： 最大修配量： F “越修越小”：补偿环的极限尺寸计算 封闭环极限尺寸和 增环(P)、减环(q) 极限尺寸的关系: 设已知除修配环外其他组成环的极限尺寸和修配环 公差Tx。如果：修配环为增环 如果：修配环为减环 可得到修配环的极限尺寸。 齿轮部件装配，轴不动，齿轮转动，要求齿轮与挡 圈间间隙为0.1-0.35mm，已知A1=30,A2=5,A3=43, A5=5, 。 分析： 1）按互换法,各组成环 公差为： 其中，扣除标准件公差。 实例1： 采用修配法装配，确定 各组成环的公差及其分 配。 标准件 2）按修配法：选A5为修 配环放大各组成环公差 （3倍）： T1=0.2 T2=0.1 T3=0.2 T5=0.1 各组成环尺寸： 实例1(续) 3）确定修配环尺寸：A5为修配环，“越修越大” 为减环： 所有组成环尺寸已确定！ 修配量确定：验算确定公差带 A1(-)-30 0.20 A2(-)-50.10 A4(-)-30.050 A5(-)-5-0.2-0.3 A3(+ ) 430.20 A000.35-0.3 0.1 0.35 -0.3 0.35 修配量： 当装配后尺寸不在T0范 围内时，才需修配！ 另一种方法： 放大各组成环公差（3倍）：T1=0.2 T2=0.1 T3=0.2 T5=0.1，确定各组成环尺寸： A1(-)-30 0.20 A2(-)-50.10 A4(-)-30.050 A5(-)-50.10 A3(+ ) 430.20 A000.650 0.1 0.35 0 0.65 计算公差带： 修配环A5，“越修越大” ，将公差带下移，使 移动量：-0.3 t 预定 下移即意味着封闭环尺寸减小。由于A5为 减环（外尺寸），即需将A5尺寸增加封闭 环减小的数值，即 修配量： 卧式车床装配：要求尾座中心线比主轴中心线 高00.06。已知A1=202, A2=46, A3=156。采用修配 法装配，确定各组成环的公差及其分配。 实例2 分析：选垫板3为修配环“越修越小” 1）确定组成环的尺寸及公差：T1=T3=0.1， T2=0.15, A1、A3为孔位置，公差对称分布，有 2）确定修配环尺寸：A2为修配环，“越修越小” 为增环：A0 A1 A2 A3 0 0.06 0 0.35 另一种方法： 各组成环公差：T1=0.1 T2=0.15 T3=0.1 各组成环尺寸： A1(-)-202 0.05-0.05 A2(+ ) 460-0.15 A3(+ ) 1560.05-0.05 A000.1-0.25 0 0.06 -0.25 0.1 计算公差带： 修配环A2，“越修越小” ，应将公差带上移，使 移动量：0.25 t 预定 公差带上移即意味着封闭环尺寸增大。由 于A2为增环，即需将A2尺寸增加封闭环增 大的数值，即 修配量： 其他问题：为保证接触刚度，必须修刮底板底面 。 当 时，无修刮量，应适当增大A2尺寸 ： 三种方法： 1、单件修配：选择某一固定的零件作为修配环 （三）修配方法 将两个或两个以上的零件作为一个修配环进行修配 A2、A3合并后，以A2底板为基准镗削加 工套筒孔，装配为一体进行修配 适用于单件小批 2、合并加工修配法 保证某些装配精度 牛头刨床、龙门刨床、龙门铣床：工作台面加工 立式转塔车床：转塔上的孔保证主轴轴线与转 塔孔轴线等高 3、自身加工修配法 “自己加工自己”、“就地加工” 保证刀杆支架孔与主轴轴线 的同轴度：其他方法保证精 度困难。 刀杆体斜一角度 刀杆和刀杆体是 螺栓连接；刀架 转一周，其上齿 轮与悬臂上固定 爪相碰，通过锥 齿轮带动刀杆进 给；切削刀架公 转传递；镗孔后 再铰，保证形状 精度。 自身加工修配法实例1 镗刀回转切削，转塔进给：保证主轴轴线 与转塔孔轴线等高 实质：把所有组成环合并起来进行 修配，达到 自身加工修配法实例2 四、调整修配法（调整法） （一）基本概念 调整修配法：适用于封闭环公差较严而组成环数 较多的尺寸链。 内容：将尺寸链中各组成环的公差（相对于互换 法）增大，使其按经济公差制造，装配时用调整 的方法改变补偿环（预先选定的某一环）的实际 尺寸或位置，使封闭环满足规定的要求。 四、调整修配法（调整法）（续） （一）基本概念 补偿环：螺栓、斜面、挡圈、垫片或孔轴联结中的 间隙 计算方法：极值法 与修配法相比：原则相同，方法不同 三种：可动调整法、固定调整法、误差抵消调整法 （二）可动调整法 基本概念： 采用调整的方法改变补偿环的位置，使封闭环 满足规定的要求。 （三）固定调整法 1、基本概念： 采用调整的方法改变补偿环的实际尺寸，达到装配 精度的要求。 更换补偿件：使用不同尺寸的补偿件，根据装配精 度的要求，装入不同尺寸的补偿环。 如：当补偿环是减环，而封闭环由于由于组成环公 差放大而实际尺寸较大时，就取较大的补偿环装入 ；当封闭环实际尺寸较小时，取较小尺寸的补偿环 。 因此，需要预先按一定的尺寸要求制成若干组不同 尺寸的补偿环，供装配时选用。 2、确定补偿环的组数和各组尺寸 采用固定调整法的关键 （a）确定补偿环的组数 确定补偿量（超差量）： 分组数： 规定的封闭环公差 实际封闭环的极值公差（包括补偿环） 其中： 补偿环公差 补偿能力 N圆整到邻近的 较大整数 （b）计算补偿环的尺寸 由于各组补偿环的基本尺寸之差等于S，只要先求出 某一组补偿环尺寸，就可推算出其他组尺寸。 相邻组补偿环的补偿能力相差S，由求出的补偿环增 减S可得到其他组的尺寸。 某一组：由各环中间偏差关系式求出补偿环中间偏差 偶数组尺寸(偏差)： S 奇数组尺寸(偏差) ： S 补偿环极限偏差按“入体原则”标注 前后相邻 组尺寸与 偏差 前后相邻 组尺寸与 偏差 实例1：齿轮部件装配，轴不动，齿轮转动，要求 齿轮与挡圈间间隙为0.1-0.35mm，已知A1=30, A2=5,A3=43, , A5=5。 采用固定调整法装配，确定各组成环的尺寸偏 差，并求调整件的分组数及尺寸系列。 分析： 1）前例得到各组成环尺寸 如下： T5=0.1 可得到：A5调整环 T0L=0.65， T0=0.25，F=T0L-T0=0.4 S=T0-Tk=0.15， n=F/S+1=3.66=4 T5=0.1 由各组成环极限偏差求 中间偏差： A1(-)-30 0.20 A2(-)-50.10 A4(-)-30.050 A5(-)-50-0.1 A3(+ ) 430.20 A000.55-0.1 A5= 确定各组调整件尺寸：n为偶数， 为对称中心 1234 3组： 2组： 1组： 4组： 补偿环各组尺寸为： A5= A5= 实例2：如图所示机 构，（无N）装配后 要求保证间隙： 用